路由网络

2024-11-07

路由网络（共12篇）

路由网络篇1

1 什么是默认路由

默认路由(Default route),是对IP数据包中的目的地址找不到存在的其他路由时,路由器所选择的路由。目的地不在路由器的路由表里的所有数据包都会使用默认路由。这条路由一般会连去另一个路由器,而这个路由器也同样处理数据包:如果知道应该怎么路由这个数据包,则数据包会被转发到已知的路由;否则,数据包会被转发到默认路由,从而到达另一个路由器。默认路由是一种特殊的静态路由,指的是当路由表中与包的目的地址之间没有匹配的表项时路由器能够做出的选择。如果没有默认路由,那么目的地址在路由表中没有匹配表项的包将被丢弃·默认路由在某些时候非常有效,当存在末梢网络时,默认路由会大大简化路由器的配置,减轻管理员的工作负担,提高网络性能。默认路由器是相对于固定路由而言的。对路由器来讲,每一个需要路由的IP地址,他需要知道下一站的路径,这个路径就是下一站路由了。当路由器找不到准确的下一站路径的时候,也就是说路由器不能找到需要路由的IP地址的下一站在哪里,这时他会选择默认路由,把数据包转发过去,再让默认的下一站去处理数据转发。每个可以正常联网的路由器都必须有默认路由存在,否则路由器没有识别路由的IP地址,路由器将会丢弃,导致无法访问。

实际上,默认路由可以理解为好多静态路由的集合,这些静态路由都有一个相同的特点,那就是下一条是相同的,这个时候就可以用一条默认路由(0.0.0.0 0.0.0.0 x.x.x.x)来代替所有的静态路由了。在实际的园区网中要访问外网的网段会非常多,每个网段都要加一跳静态路由那不是很麻烦吗,这个时候用默认路由是个非常不错的选择。本研究正是基于默认路由的这个特点,结合仿真实验,研究如何灵活配置默认路由大大简化整体路由表信息的问题。

2 本研究拓扑图的设计和IP地址段的规划

本研究采用如下图1的拓扑图及IP地址段规划设计。在如下综合网络中,四个路由器接口连接情况以及分配的地址段分别为:12.1.1.0/24、23.1.1.0/24、24.1.1.0/24,另外路由器R03配置了四个Loopback口地址,分别为1.1.1.1/32、2.2.2.2/32、3.3.3.3/32,4.4.4.4/32。要想实现全网连通,根据路由的配置原理,对于所有非直连网段均需要配置路由,R01和R04需要配置到6个网段的路由,R02需要配置到4个网段的路由,R03需要配置到2个网段的路由。因此,如果用普通静态路由配置,将需要配置18条路由。而在当前网络中各个路由器需要配置的路由都具有相同的下一跳,R01去往目的网段的下一跳都在12.1.1.2,R04去往目的网段的下一跳都在24.1.1.1,R02去往目的网段的下一跳都在23.1.1.2,R03去往目的网段的下一跳都在23.1.1.1,因此可以在每台设备上配置一条默认路由来代替。

3 方案的实施和连通性测试

默认路由的配置方案如下:

利用show ip route命令查看各个设备上的路由表信息,此处以R04路由表为例,可见路由表中除了直连网段的路由外,就只有一条标记为S*的默认路由。

通过默认路由的配置,现在R01和R04上有2条路由,其中1条为直连路由,1条为默认路由,R02上有4条路由,其中3条为直连路由,1条为默认路由,R03上有5条路由,其中4条为直连路由,一条为默认路由,真正配置的路由为4条默认路由。

从R01上逐次ping各个路由器接口,结果如下:

可见,四条默认路由解决了本网络的整体连通性。相比不用默认路由去技术,采用默认路由技术后,路由的配置从原来的18条变成了4条,大大简化了路由的配置和路由表中路由信息的条目数。

4 结语

通过上述的研究表明,利用默认路由技术确实大大减少了路由条目数。默认路由主要适用于当不知道目的网段,或去往目的网段的下一跳地址相同的情况下。但需要注意的是:默认路由属于一种特殊的静态路由,它可以和别的静态、动态路由同时存在,并且默认路由在同一设备上只能配置1条,否则会出现负载均衡的问题。

路由网络篇2

未来网络具有如下特征：网络规模将越来越大，多种网络并存，网络承载业务的服务质量(QoS)参数变化范围较大。在这个典型的动态复杂网络中，如何实现频谱资源、网络资源的高效利用，保障业务的QoS，是一个尚未解决的问题。针对该问题，认知网络应运而生。认知网络中的部分节点具有学习和推理能力，通过测量或预测网络的环境参数，实现动态决策与网元设备重构，达到适应网络环境、优化端到端性能的目标。

1 认知网络路由的起源

Mitola于1999年提出了认知无线电(CR)的概念及认知环架构，认知无线电系统通过感知，获取周围环境的频谱使用信息，依据优化目标，确定CR的重构方案，达到适应频谱环境变化的目标。CR具有学习和推理能力，能够智能地调整重构方案，达到高效使用频谱资源的目标。Gelenbe提出了认知分组网络(CPN)的概念。该网络设定了一类特殊功能的分组―智能分组，它们负责收集网络信息，并携带了可执行代码。当智能分组到达网络中的某个节点时，与节点交互网络环境信息，并进行路由的更新与路由算法的学习，实现路由的优化。Ramming将认知环应用于网络，提出认知网络(CN)的概念。Thomas进一步明确了认知网络的定义，即执行认知过程的网络为认知网络。Thomas分析了适于认知网络的学习与推理机制，给出了认知网络的架构及其组成单元的功能描述。目前在IEEE标准化协会中正在讨论异构无线接入网络融合架构的标准化，采用了认知网络的概念。

2 认知网络路由算法框架

未来的网络将是异构网络并存的大规模网络，这样的网络环境为端到端之间的路径提供了更多的链路组合模式，即多种路由模式。在接入网络中，用户拥有了更多的接入选择方案;在网络侧，分组可以跨越多个网络，获得更为优化的端到端服务，为网络资源的高效利用提供了条件。同时，异构网络环境也给路由算法的设计与实现提出了挑战。首先链路性能的差异较大。其次，异构网络环境的动态变化范围较大。链路能够承载的流量与其已承载的业务流量有关。随着网络规模和用户的增加，链路能够承载流量的变化范围加大。链路的可靠性差异较大，易导致网络拓扑的变化。第三，在重叠覆盖的网络环境中，无线链路的频谱干扰较难预测与控制，导致链路承载能力的变化，

此外，终端用户接入多种网络的能力、对网络选择的喜好、业务QoS需求及位置的变化也将影响端到端路由的构建。

针对复杂的网络环境，如何适应环境，充分利用链路资源、网络资源、用户资源，获得端到端的优化目标是路由算法需要解决的问题。依据认知网络的定义，我们给出了基于策略的认知网络的路由算法框架，如图1所示。该框架包括如下几个功能模块。

(1)环境感知模块负责获取网络环境信息，并将业务需求映射为网络端到端的QoS需求，作为路由构建的优化目标。

(2)路由决策模块负责路由的构建、更新与补救。它依据测量信息和优化目标，选择路由策略，如协同路由、多输入多输出(MIMO)路由、跨层路由等。

(3)重构模块负责路由的配置。如采用跨层路由协议，还须配置运输层、链路层和物理层。

(4)自学习模块负责策略评估、修正与生成，以适应网络环境的变化。

3 认知网络路由需解决的关键问题

3.1 环境感知模块需要解决的关键问题

认知网络依据环境感知信息完成决策与自学习功能。感知信息的涵盖范围、及时性、一致性、精确性、可靠性等将影响认知网络的性能。而感知信息的获取与分发又直接影响网络的负载，进而影响网络的性能。

在大规模网络中，端到端之间路由的选择受多种因素的影响，例如，链路的参数(带宽、时延、干扰、切换时延等)、网络当前承载的业务、端到端之间可用的网络等。如果网络环境的部分信息缺失，会影响路由的选择结果。例如，在异构网络环境中，当切换时延未知时，仅依据链路时延和最短时延准则构建的路由不一定是最短路由。

在认知网络中，节点通过多种方式交互各自所获取的感知信息，当网络规模较大，尤其是在异构网络环境中，很难同步地进行感知信息的更新，不同认知节点对网络状态的认识有可能不同，进而导致路由算法的震荡。节点信息的不一致性还会干扰自学习模块对路由决策模块的评估结果，进而影响决策模块的更新，有可能进一步加剧路由算法的震荡。

网络安全从路由器开始篇3

隐藏无线信号（SSID）

隐藏无线信号（SSID号）是让无线网络处于安全环境中最简单也最有效的方式，只要隐藏信号后，任何人都无法搜索到你的无线信号，想要连接，必须同时知道SSID号和密码。

首先，我们进入路由器设置界面，进入无线网络配置菜单后，在网络设置选项中我们可以得到无线网络的所有信息。这时我们需要做的是将SSID与网络密码正确记录下来，并将SSID广播设置为关闭（如图1），保存即可生效，完成这一操作后，我们所有连接在网络中的设备都会与网络断开。

现在我们就需要手动输入网络，让这些设备重新与网络连接。我们在手持智能设备上进入设置选项，在WLAN设置窗格中选择“添加网络”，输入SSID后（如图2），在安全性菜单中选择“WPA/WPA2 PSK”，最后再输入无线网络密码即可连接。在笔记本电脑上，我们连接屏蔽信号的无线网络操作同样简单，点击桌面右下角的网络连接图标，在弹出网络选择栏中点击最底部的其他网络，输入SSID号与密码即可连接网络。

开启MAC地址过滤

通过MAC地址过滤的安全性比屏蔽SSID信号还安全，但是它实施起来却要复杂许多。进入路由器设置界面，在无线网络设置中，点击下拉菜单，找到无线MAC地址过滤，点击启用无线MAC地址过滤。在过滤规则中选择允许，再在添加新条目中输入你设备的MAC地址，保存即可。

如何查看自己手机或电脑的MAC地址：

在手机上的操作最简单，在设置里的界面中进入WLAN设置，再点击手机菜单按键，选择屏幕下方的“高级”选择，在此我们可以查看到MAC地址（如图3）（或设置界面，进入关于手机，点击硬件信息，在此处也能查看到MAC地址，适用于Android系统的的手机或平板）。

在电脑端，我们可以通过命令提示符来查找我们的MAC地址。按下“WIN+R”组合按键，开启命令提示符，输入ipconfig/all命令获取完整的地址信息，其中“Physical Address（物理地址）”就是我们的MAC地址（如图4）。

只要你做到上述两点，相信我们的无线网络安全环境将会有明显的提升，直接斩断伸向你网络的黑手。

无线路由引发网络故障篇4

网络环境

单位网络使用三层结构, 用户电脑及室内交换机等接入楼层弱电井汇聚层交换机, 再由汇聚层交换机接入机房核心三层交换机。核心交换机上接有新闻采编系统等业务系统服务器, 防火墙、负载均衡等设备。采用华为e Sihgt网管系统, 可以对汇聚层及核心网络交换机等可网管设备进行管理。

单位网络的设计原本并未考虑无线上网的需求, 但随着无线上网越来越普及, 特别是近年来单位开发了掌上长沙手机新闻客户端APP后, 用户对无线上网的需求越来越多。技术部在部分楼层增设了无线上网设备, 但覆盖率不能完全满足用户要求, 有时在重点部位应用户要求还需增设小型无线路由器。随着无线设备的增加, 网络故障发生率也在悄悄增加。

故障现象

某日下午, 多个部门先后反映多台电脑不能上网。到现场查看的同事发现, 故障有如下共同点:故障电脑都连接在同一台室内小型交换机上, 分布在不同楼层的不同部门。交换机上还连有其他已关机的电脑, 并且这些已关机电脑网线灯闪烁, 证明有数据在传输。将室内交换机上连接的已关机的电脑断电或开机, 故障可以排除。

故障排查

技术部同事当天晚上加班时, 对白天发生过故障的端口进行了监测, 故障并未再现, 但在凌晨仍有别的部门上晚班的同事反映, 需共享的视频无法传递。第二天正好是周末, 因单位上班的人数相对较少, 技术部仅安排笔者一人上班, 笔者密切监视网络, 同时用Wireshark抓包工具在不同时间段抓包, 也未见异常。登录e Sight网管系统, 对发生故障及未发生故障的室内交换机接入端口同时进行监测比对, 发现发生故障的端口在故障当天带宽流出利用率及端口流出速率出都达到了本月峰值 (如图1) , 未发生故障的端口带宽接收速率也达到了近期的峰值 (如图2) 。

到底是什么原因导致故障当天数据量猛增呢?转眼快到下午5点了, 由于晚上是出报时间, 上网的人数渐渐多了起来。突然电话铃响了, 夜班编辑中心有同事反映不能上网。赶到现场, 在不能上网的电脑上安装Wireshark进行抓包分析, 软件运行后几乎卡死, 原来是有大量的UDP数据在网络中发送, 造成抓包软件响应迟缓, 据软件统计, 76秒内有150多万条, 且数据包的大小都一致, 显然是非正常的通讯数据包 (如图3)

终于找到原因了, 于是根据发包的源IP地址在设备管理系统里查找相应设备, 根据登记的资料显示, 是夜班编辑中心的一台电脑。但是拔除这台正在使用的电脑网线后, 大量发包现像仍存在。仔细核对Wireshark中抓到的源MAC地址和找到的电脑MAC, 发现不对应, 仅IP是相同的。再次在设备管理系统里通过源MAC查找, 但没有找到设备。为加快查找速度, 通知同事共同查找。同事赶到后也没找到此MAC地址的登记, 面对分布在不同楼层的几百台网络接入设备没有了头绪。

笔者决定, 还是登录e Sight网管设备来查找这台未知设备。因为只要设备接入了网络, 其MAC地址、使用过的IP及曾接入的交换机端口, 在网管系统里应该都有记录。在网管系统里输入源MAC地址, 这台设备曾使用的真实IP及接入的交换端口都显示出来。同事一看IP, 惊呼道:“这不是昨天下午我设置的一台无线路由的IP吗!”。原来, 故障发生那天, 有位用户需要手机上网查看掌上长沙的新闻客户端, 于是向技术部申请安装无线路由器, 正好是由同事设置安装这台新购的无线路由器。当时测试无线使用是正常, 但没想到会引起网络故障。

故障解决

立即赶到安装故障路由的办公室, 将设备拆下来, 网络恢复正常。

第二天, 同事又对此台路由器又进行了测试, 发现只要接入集团局域网, 立刻就会有大量UDP数据发送, 此时对百兆网络的占用率超过40% (影响较大) , 千兆网络占用率超过4% (影响不明显) , 这就是为什么网络故障均发生在连入室内小型交换机, 及需要大量传输数据的用户端的原因。再次确认了此台无线路由器是故障所在, 并且重置路由器更换网络设置无效, 只能更换设备。在更换此无线路由器后, 又对网络进行了多天的监控, 网络故障未再现, 网络恢复了畅通。

经验总结

在无线应用越来越多的今天, 各种无线设备的使用便利了用户, 也增加了网络管理的难度。手机、笔记本、无线路由器等各设备的增加, 对传统网络带来的各种安全问题是不可回避的。

首先, 切记网络设备的登记, 特别是无线路由器等入网设备的MAC地址及时登记, 这是网络管理的基础资料。故障设备的定位一直是个难题, 如果有详细的设备登记, 在排查故障时将省时省力不少。

第二, 要了解网络协议相关知识, 善于借助网络分析管理工具。网络故障现象各式各样, 有的可以根据现象判断原因, 但情况复杂时仅根据现象是难以判断故障原因的。这时就要借助专业的网络分析管理工具, 并且了解一些网络传输协议的相关知识, 学会使用分析管理工具对网络数据包进行相关统计分析。这次将开源软件Wireshark网络数据分析工具和集团现有的e Sight网管系统结合使用, 是快速诊断并排除故障的有效方法。

排除路由器网络故障篇5

笔者在一个研究院工作，我院局域网骨干网采用ATM技术搭建，核心交换机为Fore7110并且有路由功能，通过以太网仿真ELAN技术，下连3台Fore7105构成研究院ATM骨干网，上连企业ATM网。网络拓扑为星型树结构。拥有10.65.100.0—10.65.111.0九个子网段，共2300个IP地址资源，足以满足我院 1248台PC电脑、138台工作站和网络交换设备对节点的需求。

研究院局域网光纤线路覆盖大小建筑34幢，共有信息点1150个。在Internet服务方面有域名服务系统、电子邮件系统和Web站点。

故障的出现

我院的Fore7100是支持最大交换1.6G带宽的具有路由功能的核心交换设备，一天，该交换机出现如下现象：

工作状态指示异常繁忙，交换速度极慢，又没有其它特征。网络连通测试（ping）是通的。单响应时间慢到300ns-900ns不等。Fore7010交换机的路由包监测发现无效路由包在极短的时间内增长很快，数量级为105～106甚至107。仅仅在10秒种内，有效的路由服务就瘫痪了，形成了网络安全上称为拒绝服务的攻击。

我们直接进入到 Fore7110交换机 ( 10.60.11.62)，用stats命令显示路由记录信息。

Telnet 10.60.11.62

PB1_JSZ3:ip# stats -P IP(当前路由记录信息)

IP statistics: count since last stats clear

Datagrams forwarded: 170073

Datagrams rcvd: 175164

……

No route to send: 5507

……

(交换机无法发送的无效路由请求数)

经过查看显示的路由记录信息，发现8.3，8.5，8.6端口无效路由包请求增长很快。

检测过程

我们决定对Fore7110显示的几个无效路由包增加过快的几个端口进行监测。在没有相应的网络性能分析仪（Sniffer网络分析仪）的情况下，我们决定通过修改Fore的VLAN将需要监测的8.3、8.5、8.6等端口与具有snoop功能的Sun工作站jsz3上连口8.1划分到同一VLAN中。同时通过Fore7110 监控Monitor端口命令。需要注意：使用monitor 命令对交换设备有较大的性能的影响。

步骤1：登录核心交换机

Telnet 10.60.11.62

PB1_JSZ3:ip#mediaPB1_JSZ3:media# segment pdisable 8.3,8.5,8.6PB1_JSZ3:media#

monitor set 8.3 to 8.6 on 8.1

执行jsz3的solaris系统的Snoop命令，进一步对1.1、8.3、8.5、8.6几个端口packet进行监视，发现IP地址分属于8.3、8.6端口的10.60.12.17、10.60.12.59、10.60.10.57的机器发送大量的路由包，8.5端口正常。确定了机器IP后我们自然想到为什么会有大量的路由请求呢？。以Sun工作站（10.60.10.57）为例。通过远程登录该机器。我们执行solaris系统的Snoop命令。

步骤2：远程登录

#Telnet 10.60.10.57#Snoop

该机器发送的以“ 0.22.*.*” 为IP地址的无效路由请求数量很大。

步骤3：在这台机器上显示进程

#ps-eaf more

发现/Dev/cuc目录下的可疑执行文件chinaworm.exe及相关tar文件，并证明该文件为病毒。这就是故障的原因。

解决的方法

删掉该文件，关闭相关的远程网络服务。机器和交换机、网络都恢复了正常。通过Sun上执行#snoop命令可以显示无效路由包数量的增加降为101-102数量级。归于正常的增长范围。

路由重分布在网络中的应用篇6

关键词：路由重分布；RIP；OSPF

中图分类号：TP393.1 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 12-0000-01

一、路由重分布概述

为了在同一个互联网络中高效地支持多种路由选择协议，必须在这些不同的路由选择协议之间共享路由信息。例如，一个RIP路由进程学习到的路由可能需要被输入到一个OSPF路由进程中去。在路由选择协议之间交换路由信息的过程称为路由重分布（Redistribution）。这种分布可以单向的（一种路由协议从另一种协议那里接收路由）或双向的（两种路由协议相互接收对方的路由）。执行路由重分布的路由器被称为边界路由器，因为它们位于两个或者多个自治系统或路由域的边界上。目前使用的每一种路由协议都支持重分布。在一个网络上配置多种协议的原因有很多，如：a、公司对原有网络上进行扩展升级时购买了与原有设备不同公司的路由器，它使用不同的路由协议。比起重新配置所有网络而言，在新买的路由器上进行路由重分布的配置会更加容易，并且不会对原有通信造成影响；b、公司可能从一种协议过渡到另外一种协议；c、公司内部的部分商业部门可能有基于主机的路由器，它们需要在网络边缘配置RIP；d、公司不同部门或地域网络进行合并时，可能存在不同网络使用了不同的路由协议。因此需要进行路由重分布。

二、路由重分布的原则

路由协议之间特性相差非常大，对路由重分布影响最大的协议特性是度量值和管理距离的差异性，以及协议的有无类别能力，在重分发时如果忽略了对这些差异的考虑，将导致网络中出现某些或者全部路由交换失败，甚至造成路由环路或者网络黑洞。

三、路由重分布配置

在进行路由重分布配置时首先要选择做重分布的路由器，然后决定哪个路由协议为核心路由协议并考虑好边缘路由协议以及路由环路、路由信息的兼容、收敛时间等问题。下面以RIP和OSPF路由重分布为例进行配置，在R2上实现双向重分布。具体参数如图1所示，使用如下命令进行配置：

R2（config）#routerospf1

R2（config-router）#redistibuteripmetric100subnets

R2（config-router）#exit

R2（config）#routerrip

R2（config-router）#redistibuteospf1metric2

R2（config-router）#exit

利用showiproute在路由器R1上查看该路由器的路由表信息得

10.0.0.0/24issubnetted，2subnets

C10.1.1.0isdirectlyconnected，FastEthernet0/0

OE210.1.2.0[110/100]via10.1.1.2，00：00：07，FastEthernet0/0

172.16.0.0/24issubnetted，1subnets

C172.16.1.0isdirectlyconnected，FastEthernet0/1

OE2192.168.1.0/24[110/100]via10.1.1.2，00：00：07，FastEthernet0/0

利用showiproute在路由器R3上查看該路由器的路由表信息得

10.0.0.0/24issubnetted，2subnets

R10.1.1.0[120/1]via10.1.2.2，00：00：03，FastEthernet0/1

C10.1.2.0isdirectlyconnected，FastEthernet0/1

172.16.0.0/16isvariablysubnetted，2subnets，2masks

R172.16.0.0/16[120/2]via10.1.2.2，00：00：03，FastEthernet0/1

R172.16.1.0/24[120/2]via10.1.2.2，00：01：03，FastEthernet0/1

C192.168.1.0/24isdirectlyconnected，FastEthernet0/0

通过查看R1和R3的路由表我们可以看到，R1和R3通过R2别学到了不同路由协议区域的路由信息。

四、结束语

在向RIP区域进行重分布路由时，必须指定其度量值，或者设置默认度量值。因为RIP默认种子度是无限大。在一个主类网络被划分子网时需要subnets来将其学习到的路由重分发到OSPF网络中。在配置路由重分布时，最安全的重分布是只在网络中一台边界路由器上进行单向重分布，这样可以避免环路和黑洞，但是单向重分布容易导致网络中出现单点故障。

参考文献：

[1]梁广民，王隆杰.网络设备互联技术[M].北京：清华大学出版社，2006，307.

[1]方洋，张选波.构建高级的交换网络[M].北京：锐捷网络大学，2010：130.

社区模型机会网络路由研究篇7

1 相关工作

机会网络中典型的路由算法,如Epidemic[2],Spray and Wait[3],Spray and Focus[4],Prophet[5]等,基本思想都是增加消息的拷贝份数,从而提高消息传输的成功率。然而,社区模型下,节点的运动具有一定的规律,根据其规律性来考虑消息的拷贝份数和转发时机,可以有效降低消息传输的延迟和网络资源的开销。

文献[6]提出了一种用于延迟容忍网络的、基于社区的消息传递算法,其基本思想是根据节点的活跃度对节点进行社区内的排名和整个网络的全局排名。当源节点发送消息时,在相遇的节点中寻找全局排名比自己大的节点进行社区间的转发,直到将消息传递到目标社区内的节点,由后者根据社区内排名进行传输,直到遇到目标节点为止。算法利用社会关系进行消息传输,提高了消息传输成功的概率,但是,该算法采用的是单消息拷贝策略,消息传输延迟较大。

文献[7]提出了一种基于社区模型的机会网络消息传输算法。算法根据节点接触的频繁程度,将所有节点划分到不同的社区。社区内,根据节点的平均相遇时间间隔来确定消息的拷贝份数和转发时机;社区间,依靠相对活跃节点的移动来进行消息的传输。该算法还考虑了过期拷贝的删除机制,有效降低了网络负担。但是,该算法的社区模型与真实社会的移动规律还有差距,并且,该算法节点活跃度的计算只考虑了节点的相遇历史情况,这使得消息投递成功的概率较低。

文献[8]提出了一种CSB算法,该算法和文献[7]基本类似,但在对社区间的消息进行转发时,引入了特殊节点的概念,即新加入本社区的节点,认为这些节点会与原社区的一些节点保持密切的联系,因此本社区节点可以借助这些特殊节点与原社区进行消息传递。

在对以上工作研究的基础上,改进了现有的社区模型,使之更加符合真实社会移动规律,并设计了新的社区间和社区内的路由算法,提高了消息投递的成功率,有效降低网络资源的消耗。

2 基于节点回归的社区模型

真实社会中,节点除了具备聚集现象外,往往会带有一定的回归性。基于这种规律,改进了现有的社区模型:

(1)设节点集为一个社会C,分为若干社区Di,一个节点只允许属于一个社区Di。

(2)节点在社区内的移动采用随机目标点模型。

(3)节点具有一个社会度属性(<1),表征节点本次移动离开家乡社区进入其他社区的概率。

(4)节点具有活跃度向量属性T,Tij表示节点ni和nj之间的相遇属性,Tij越大,表示ni和nj之间越容易相遇。

(5)设置社区向量V,Vi记录了节点s遇到的处于社区Di中的节点数。

(6)设归属阈值Ths,若节点s记录的Vi>Ths,则认为节点s到达社区Di一次,并且清除V。

(7)设吸引力向量Att,Atti表征了节点s对非家乡社区Di的趋向度,Atti越大,节点s越倾向于将Di作为下一个目标社区,初始化时所有节点的吸引力向量为0,节点s到达过Di后,则Atti++。

(8)当节点要离开家乡社区时,以80%的概率选择吸引力最大的社区作为移动目标社区,以20%的概率随机选择目标社区,节点到达目标社区后随机选取目标社区中的一个位置作为目的地。

(9)节点移动到目的地后,随机停留一段时间,然后以80%的概率选择回归家乡社区,以10%的概率用吸引力来选择下个目标社区,以10%的概率随机选择下个目标社区。

(10)设置节点回归规则,在规定的周期时间tback点,所有节点停止当前的活动,以90%的概率回归家乡社区,10%的概率留在当前社区。停留tsleep时间后,节点重新选择是否移动以及移动的目标社区,正常运行。

模型工作前采用文献[9]提出的G-N社区发现算法进行社区的划分。

3 消息传递算法

社区模型的消息传递分为社区内和社区间的传递,分别采用不同的路由算法实现。

3.1 社区内路由算法

适当增加消息拷贝数量,合理控制消息转发时机和转发时消息拷贝数量的分配,能够提高消息投递的成功率,降低网络资源的消耗。因此算法采用多拷贝加转发限制的规则,首先确定消息的拷贝份数,然后在节点相遇、消息传递的过程中,将消息按活跃度的比例进行消息拷贝份数的分配,直到遇到目标节点后删除消息的拷贝。

首先,当有消息产生并需要转发时,产生L份拷贝,由式(1)算出

$L = \frac{E Μ_{o p t}}{E Μ_{r w p}} (1)$

其中EMopt表示最优消息传输延迟,即消息按理论上的最优路径到达目标节点的传输延迟;EMrwp表示社区内节点的平均相遇时间。通过式(1)可以看出,拷贝份数等于最优传输延迟内社区中节点相遇的次数,这就保证了节点相遇时,即使每次都需要进行一次消息的拷贝,拷贝份数最多也只是最优消息传输延迟内所有节点相遇过的次数,即每个相遇节点都只保存了一份消息拷贝,从而减少了网络的开销。

EMopt的计算方法如式(2)所示[10]

$E Μ_{o p t} = \frac{C Ν \log_{2} Ν}{2 (Μ - 1) \bar{V} Κ} (2)$

式(2)中,C为经验常数;文献[10]设定为0.34,N表示社区的面积;M表示社区内节点的数量; $\bar{V}$ 表示节点的平均移动速度;K表示节点的无线射频覆盖范围。

EMrwp的计算方法如式(3)所示[10]

$E Μ_{r w p} = \frac{1}{p m \bar{V} + 2 (1 - p m)} \frac{Ν}{2 Κ \bar{D}} (\bar{Τ} + \bar{Τ}_{s t o p}) (3)$

$p m = \frac{\bar{Τ}}{\bar{Τ} + \bar{Τ}_{s t o p}} (4)$

其中, $\bar{Τ}$ 表示节点平均移动时间; $\bar{Τ}_{s t o p}$ 表示节点平均停留时间; $\bar{D}$ 表示节点在一次移动过程中的平均移动距离; $\bar{V}$ 、N和K同式(2)一致。

此后,当消息携带节点ns移动并与nm相遇时,若nm非目标节点,则利用节点活跃度作为转发时机的判断条件:若ns的活跃度低于nm,认为转发时机成熟,将消息的一部分交由nm进行转发,否则,不进行消息转发。

节点活跃度的确定。首先,如果消息由与目标节点接触频率大的节点进行转发,则消息投递成功率也就大。其次,若一个节点比较活跃,经常遇到社区内其他节点,那么这个节点可以提高消息投递成功率。针对后者,以节点转发消息量作为度量。将以上两个因素作为正反馈效应体现在活跃度的计算中,节点活跃度的计算公式如下

$Τ_{i j} = \frac{C_{i} E_{i j}}{Τ_{n e t}} + \frac{(1 - C_{i}) Ρ_{i}}{Τ_{n e t}} (5)$

其中,Tij表示节点ni到节点nj的活跃度;Tnet表示到目前为止网络运行的时间;Eij表示在Tnet内,节点ni和节点nj相遇的次数;Pi表示在Tnet内,节点ni转发过的消息数量;Ci是经验常数,用来调节节点相遇频率和节点转发过的消息数量这两个因素的比例,这里设定为0.7。Tij越大,表明单位时间内ni与nj相遇的次数越多,并且ni转发过的消息数量越多,即节点i越活跃,其活跃度越高。

社区内消息转发算法如下:

(1)消息源节点ns产生一条到nt的消息,并根据式(1)确定消息的拷贝份数L $_{s}^{0}$ ,L $_{s}^{k}$ 表示ns将携带的消息转发过k次后剩余的拷贝数量。

(2)当消息携带节点ni与nj相遇时,若L $_{i}^{k}$ >1,nj没有该消息的拷贝,且Tjt>Tit,则ni将该消息复制一份给nj,令 $L_{i}^{k + 1} = ⌊ L_{i}^{k} (\frac{Τ_{i t}}{Τ_{i t} + Τ_{j t}}) ⌋, L_{j}^{0} = L_{i}^{k} - L_{i}^{k + 1}$ 。

(3)若L $_{i}^{k}$ =1,nj无该消息的拷贝,且Tjt>Tit,则将该消息复制一份给nj,令L $_{j}^{0}$ =1,删除ni上该消息的拷贝。

(4)其余情况不转发该消息,直至遇到目标节点,将消息转发给目标节点,并删除本节点上该消息的拷贝。

选取到目标节点的活跃度高的节点转发消息,可以降低消息转发的次数,从而减少网络的开销。在延迟要求相对宽松的机会网络中,可以权衡资源消耗和网络性能之间的关系,在降低网络资源消耗的同时,提高消息传输的成功率。

3.2社区间路由算法

社区间的路由分为两个阶段,首先是找寻目标社区,然后是在目标社区中,找寻目标节点,其中第二阶段由上述方法给出。社区间的消息传输,在查询社区间路由表的基础上,结合判断节点回归的因素。本社区内经常往返于其他社区的节点活动频繁,可以作为社区的桥接节点,来进行社区间消息的转发。为控制网络的开销,在社区间进行传输的消息也需设置一个最大拷贝份数,本文取当前网络中的社区个数C为消息的最大拷贝份数,在最坏的情况下,每个社区有且只有消息的一份拷贝,从而减小了社区间多余的消息拷贝。路由表的结构如表1所示。

表1中,吸引力是对该桥接节点而言的,按照上述社区模型中的规则进行计算,吸引力越大,表明该桥接节点到达目标社区的概率越高。

在基于回归的社区模型下,社区间消息传输的算法如下:

(1)消息源节点ns产生一条消息,确定消息的社区间拷贝份数C,查询路由表。

(2)找到一条社区号与目标社区相同,并且吸引力最高的路由信息,确定桥接节点nb。

(3)将消息在社区内传输,目标节点为nb,消息到达nb后,由nb负责将消息传输到目标社区。

(4)消息携带者ni在寻找nb的过程中,假设ni的社区间消息拷贝份数为L $_{i}^{k}$ ,若相遇节点nj属于目标社区,则将消息复制一份给nj,并进行判断:若当前时间距离节点回归时间tback大于时间阈值tbback,设置nj该消息的拷贝份数为1,ni的拷贝份数为L $_{i}^{k}$ -1;否则设置nj的拷贝份数为L $_{i}^{k}$ ,删除ni该消息的拷贝。tbback的大小人为设定。当到达时间截点tback时,所有节点将以90%的概率回归家乡社区,此时,选择由即将回归家乡社区的节点将消息带回目标社区,消息传输成功概率比由桥接节点转发消息到目标社区的成功概率大很多。

(5)消息到达目标社区后,采用社区内路由算法进行消息的传输。

3.3 缓存管理机制

对于已经到达的消息,或已经超过其生存周期TTL的消息,文中采用一种文献[11]中描述的缓存管理机制,用来管理系统中过时的消息。

4 仿真及性能评价

本文采用基于Java的DTN仿真工具ONE[12](Opportunistic Network Environment)进行算法性能的仿真,与机会网络的典型算法Epidemic以及现有的基于社区的机会网络路由算法CMTS进行比较。

4.1 仿真环境参数设置

仿真开始时,由于要收集节点相遇信息,所以系统先运行10 min,节点社会度随机生成,tback设置为60 min,tbback设置为10 min,tsleep设置为60 min,Ths设置为20,设置节点的最大缓存消息个数为10个,场景采用ONE中默认的城市地图,主要配置参数如表2所示。

4.2 仿真结果分析

从图1中可以看出,随着TTL的增加,各算法的消息传输成功率不断提升。Epidemic采用洪范的机制,当TTL足够大时,其消息传输成功率接近1。NBR消息传输成功率比CMTS高,这是因为在更加准确地定义了节点移动模型并且重新设计了相应的路由算法后,社区内和社区间的消息传输成功率有所提高,从而使整个网络的消息传输成功率得到了提升。

如图2所示,随着节点最大移动速度的增加,消息传输延迟明显降低。由于Epidemic采用的是洪范的消息传输策略,所以在相同的节点移动速率下,其消息传输延迟最低。NBR的消息传输延迟较CMTS算法低,由于节点会在固定的时刻回归家乡社区,这就使得消息在一定时间内,会以较高的概率到达目标社区,从而降低了消息传输延迟[13,14]。

如图3所示,在相同的TTL时,Epidemic算法中缓存消息的平均个数最低,NBR算法的缓存中消息的平均个数较CMTS低,这是由于系统的缓存管理机制会删除已经投递成功的消息的拷贝,随着消息投递成功率的提高,缓存中已经投递成功的消息会被大量的删除,因此,消息投递成功率越高则缓存中消息的平均个数就越少,所以,结果表明NBR算法较CMTS算法投递成功率高。但随着TTL的增大,消息的存活时间得到了延长,所以缓存中消息的平均个数随之增高[15,16]。

5 结束语

对社区模型下机会网络中节点的移动规则和路由算法进行了研究,提出了一种更加符合现实社会移动规律的节点移动模型,并在该模型下提出了一种社区间和社区内的路由算法NBR。该算法在充分考虑现实可能性的情况下,有效提高了消息传输的成功率,减小了消息传输时延,并且对网络内的冗余消息进行了处理,从而减少了网络资源的消耗,提高了网络的性能。

摘要：当前,基于社区的机会网络研究在模型上还有待完善,在社区间的路由算法没有考虑消息的传输效率,只采用简单的分发等待路由算法,使得路由效率较低。为此,对社区模型进行了改进,加入节点回归因素,并在此模型下提出了新的路由算法NBR。在社区内采用混合路由算法,并加入了正反馈思想重新计算节点活跃度。在社区间采用查询路由表和判断节点回归相结合的方法,利用节点回归的特性提高转发效率。仿真结果表明,在改进后的社区模型下,NBR算法使得社区间和社区内的消息传输成功率得到了提升,有效的降低了网络资源的消耗。

浅谈机会网络路由算法篇8

机会网络是一种不需要在源节点和目标节点之间存在完整连通路径, 利用节点移动带来的相遇机会实现通信的时延和断裂可容忍的自组织网络[1]。在机会网络中, 节点之间的链路经常间歇性的中断且这种中断一般持续时间较长, 以至于在任何时刻源节点和目标节点之间可能一直不存在连通的路径。

很明显, 机会网络和现有的常用的网络不同, 它具有以下特性:

(1) 低数据传输速率、高延迟 (2) 网络断开 (Network disconnection) (3) 长排队时间。正是由于这些特性, 使得传统的存储—转发模式不适合于机会网络, 在机会网络中要采用存储—携带—转发模式来进行通信。

2、机会网络路由算法

路由问题是任何组网技术的首要问题。机会网络的路由问题更是机会网络中的研究重点。现有常用的网络路由协议中都是假设在源节点和目标节点之间至少存在一条完整的通信路径, 所以不适合在机会网络中运行。机会网络中的路由转发机制是以“存储—携带—转发” (Store-CarryForwarding) 的模式工作。要设计出高效机会网络路由协议的关键问题在于如何针对每个消息来找出最好的下一跳转发节点和何时进行数据转发。良好的路由算法能提高报文传输的成功概率, 降低传输延迟, 减少能量的消耗。

人们针对不同类型的机会网络提出了各式各样的路由算法。目前现有机会网络路由算法主要有以下几类:

2.1 基于复制的转发算法

在基于复制的路由转发机制中, 一条消息会有多份拷贝被注入网络, 只要其中有一份拷贝被传送到目标节点, 这条消息则传输成功。然而, 它的核心问题在于消息拷贝数怎么确定才算合适以及怎样来产生消息拷贝。最简单的方法就是直接传输 (Direct Transmission, 简称DT) [2]方法, 即源节点直在和目标节点相遇时才进行数据转发, 这样做网络耗费是最小的, 但往往会传输延迟较大, 并且经常会因为源节点碰不到目标节点而造成传输失败, 其传输成功率最低。在源扩散Source Spray and Wait (SSW) 算法[3]中, 事先指定消息的最大拷贝数为L。源节点起始时拥有一个消息的L个拷贝, 源节点先将消息拷贝给最先遇到的L-1个中继节点, 然后源节点和中继节点只在遇到目标节点时才进行转发。

2.2 基于编码的转发算法

这类机制中, 会把要传输的数据先编码成互相冗余的消息, 目标节点接收到编码后的一部分消息, 就能够通过一定的运算来重组原始数据。在Ling-Jyh[4]等人提出的H-EC中, 针对每个编码后的小消息会生成两个拷贝。当遇见邻居节点的时候, 首先会将消息的第l份拷贝传递给该邻居节点, 然后会在该连接持续的时间内, 将其他消息的第2份拷贝传输给该节点。该机制因为充分利用了所有的连接机会所以传输性能更好。

2.3 基于相遇预测的转发算法

根据对历史概率进行统计, 每个节点都具有一个与目标节点相遇的概率, 人们也可以通过节点的历史移动来预测该概率值。在节点移动过程中每个节点选择与目标节点相遇的概率值更高的节点作为转发的中继节点, 这就是基于相遇预测的机会转发机制。比如Seek and Focus[5]协议中, 针对每一个节点, 当前节点都会记录下自上次相遇之后所经历的时间, 并据此来估计节点间的相遇概率值。此外, 节点间的相遇概率还可以根据节点的位置和节点的运动方向来进行估计。

2.4 基于链路估计的转发算法

基于链路估计的机会转发机制在选择转发节点时则根据节点之间的“端到端”的链路状态。在机会网络中是否转发可以依照根据收集到的单跳链路状态进行估算得出的端到端路径的效用值。在最短期望路径路由 (Shortest Expected Path Routing Protocol) [6]中, 利用节点所维护的到达已知节点的链路效用值也即链路可用概率值。再通过Dijkstra算法计算出当前节点与目标节点之间的最短路径。

2.5 冗余效用混合转发算法

冗余效用混合转发机制结合了并行传输和基于效用的转发决策的优点来提高传输的性能。PROPHET (Probabilistic Routing Protocol Using History of Encounters and Transitivity) [7]就是综合了传染转发和基于相遇预测转发二者的优点。在PROPHET中, 每个节点都维护着对网络中其它节点的一个效用值, 在转发过程中会根据节点对消息的目的节点的效用值来选择是否进行转发。只是在PROPHET中概率效用值的更新使用了概率的传递性, 即如果节点a有可能遇到节点b, 而节点b又有可能遇到节点c时, 则认为节点a也可以成为目标节点为c的消息的转发节点。当节点相遇的时候, PROPHET会将消息传输给那些到达目标节点的概率比自身高并且没有存储该消息的节点, 从而降低了传染转发中因为广播消息引起拥塞而导致的性能下降。

2.6 基于节点主动运动的转发算法

当网络中拓扑变化或因节点稀疏而存在较强的随机性时, 以上所介绍的机会转发机制都因为被动等待与更好的转发节点相遇, 而造成传输成功率降低或者传输时延增大。在基于节点主动移动的转发机制中, 有一部分特殊的节点可以通过自身的主动移动, 为其他的普通节点提供通信服务。DataMULEs系统[8]即是通过引入移动节点从而实现稀疏传感器网络中的数据收集。

3、结语

机会网络路由是一个富有挑战性的问题, 它要求对路径选择、评估传递性能、缓存管理和调度传输等多种技术来综合考虑。而目前的各种机会路由技术还存在一些关键的问题需要解决, 可以预见, 未来对于机会网络路由问题的研究可能会致力于实际应用的考虑, 使机会网络得到更大范围的应用。

摘要：随着传感技术、嵌入式技术、无线通信技术、高性能计算等相关领域的迅猛发展, 以物联网为代表的新一代的智能互联网络应运而生。出现了一种新的基于机会转发的路由技术, 使用该技术的网络, 称为机会网络。本文主要介绍了机会网络的概念和理论基础, 并分析比较了当前机会网络的一些较为重要的路由算法。

关键词：机会网络,路由,路由算法

参考文献

[1]熊永平, 孙利民, 牛建伟, 刘燕.机会网络[J].软件学报, 2009, 20 (1) :125-134.

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[3]spyropoulos T, Psounis k, Raghavendra CS.Spray andwait:An efficient routing scheme for intermittently connect-ed mobile networks[C].In:Proc.of the 2005 ACM SIG-COMM Workshop on Delay-Tolerant Networking.Philadelphia:ACM, 2005, 252-259.

[4]Chen L, Yu C, Sun T, Chen YC, Chu HH.A hybrid rout-ing approach for opportunistic networks[C].In:Proc.of the2006 SIGCOMM Workshop on Challenged Networks.Pisa:ACM, 2006, 213-220.

[5]Spyropoulos T, Psounis K, Raghavendra C.Single-Copyrouting in intermittently connected mobile networks[C].In:Proc.of the 2004 1st Annual IEEE Communications SocietyConf.on Sensor and Ad Hoc Communications and Net-works.2004, 235-244.

[6]Tan K, Zhang Q, Zhu W.Shortest path routing in partial-ly connected ad hoc networks[J].In:Global Telecommunica-tions Conf.the GLOBECOM 2003, Vol.2, 2003, 1038-1042.

[7]Lindgren A, Doria A, Schelen O.Probabilistic routing inintermittently connected networks[J].ACM SIGMOBILEMobile Computing and Communications Review, 2003, 7 (3) :19-20.

移动机会网络路由问题研究篇9

1 移动机会网络在实际生活中的应用

早期的移动机会网络技术并不是十分纯熟, 因此其应用范围就仅仅限制在挑战不同环境下的通信需求, 比如乡村地区的通信、野外野生动物的位置追踪等。随着现代科学技术的进步, 移动机会网络技术日渐成熟;同时伴随着各类便携式设备的出现, 为机会组网提供了更加广阔的应用平台, 移动机会网络的实际应用范围也更为广阔。接下来主要就现在比较常见的移动机会网络应用进行简单的分析。

1.1 移动机会网络在文体活动中的实际应用

由于现在人们的生活水平普遍的得到了提高, 越来越多的人们开始享受生活, 参加一些文体活动, 比如现场观看体育赛事、参加一些大型的晚会, 或者是欣赏一场音乐会等等。但由于场地自身的位置原因, 坐在后排或者是坐在角落里的人们会受到位置的影响, 视觉受限, 这就大大降低了人们观看的质量。为了解决这类问题, 麻省理工学院移动与媒体实验室的研究团队提出了一种解决方法:在基于移动3G的环境下, 由在座的人们通过手机摄像头进行视频的分享, 从而达到人们满意的视觉效果。当然, 这种方法需要有移动机会网络进行支持, 否则无法实现视频共享。

1.2 移动机会网络在地理定位中的实际应用

当下有许多的定位追踪系统, 这些都是移动机会网络在实际生活中的应用;现在人们最常用的就是手机定位系统。而定位的准确性是检验各种定位系统是否服务成功的关键指标。在早期, 研究人员考虑到手机容易受到多种因素 (磁场、噪音、人为破坏) 的干扰, 并且在定位时人们需要一直手持着定位设备十分麻烦。因此, 卡内基梅隆大学的研究团队提出了这么一种方案:可以利用多部手机同时工作, 利用网络将用户周围的所有有用信息包括声音、图像搜集起来, 再利用手机自身配置的蓝牙功能实现自主组网, 这样就可以在网络的帮助下获得用户周围比较全面的信息与数据。运用这种方法, 用户可以在短时间里获得自己想要的信息, 并且信息的准确性也可以得到保证;与此同时也解决了上面所提到的问题:用户不需要手持设备进行位置识别, 减轻了用户的负担。当然, 这种技术需要基于移动机会网络, 需要在网络的支持下才可以进行。

1.3 移动机会网络在数据卸载中的实际应用

随着科学技术的进步与发展, 通信工具也大量普及, 现在我国的手机使用人数的比例占我国总人口的绝大多数。根据有关调查显示, 近几年来, 我国使用手机上网的网民人数已经超过使用计算机上网的网民人数。而作为数据的载体, 手机本身就配置了蓝牙、无线网络连接等功能, 可以进行自主的数据卸载——这样不仅可以缓解手机用户在移动互联网产生数据流量时对3G的骨干网络造成的压力, 还可以在一定程度上降低手机用户的上网费用;这就更方便了人们使用手机进行信息查询。根据用户的需求, 由马里兰大学和德国电信公司共同研发的一套自组织网络系统——On-Off, 它们可以帮助手机用户在骨干网络上需要下载一些对网络延时不是十分敏感的应用程序时 (比如电子书、音乐等) 遇到网络拥堵的情况, 用户可以将这些下载任务转交给其他网络连通性能好的节点来完成;利用节点之间可以组成移动机会网络进行信息的交换, 完成共享数据的过程。这样运用移动机会网络, 不仅可以帮助人们达成他们所需要的要求, 还在一定程度上节省了需求完成的时间。

1.4 移动机会网络在智能交通中的实际应用

移动机会网络在智能交通中的实际应用与移动机会网络在地理定位中的实际应用有着重叠的部分, 但就实际应用方面来讲, 移动机会网络在智能交通中的实际应用给人们带来了更多的方便。为了可以满足用户提出的出行要求, 用户可以使用自身携带的设备收集路况资料, 经过共享平台的服务器进行数据处理, 最后将数据反馈给用户, 这样就可以让用户在所提供的数据里面选择符合自己的出行路线。还可以利用移动机会网络帮助用户收集附近的交通信息, 比如红绿灯、限速数值。这样就可以帮助用户减少出错的几率, 从而缓解了交通压力, 改善道路的交通状况。

2 移动机会网络的路由问题分析

机会路由技术在移动机会网络中占到了相当大的比重, 其中主要有3个指标: (1) 投递率。在有限的数据投递时间里, 网络接收到的数据包越多, 所代表的投递率就越高。 (2) 转发代价。如果一个路由算法的转发代价越高, 这就代表它所占用的系统资源已经超出了一般的路由算法, 进而导致算法的可扩展性越差。 (3) 传输延迟。这里是指数据包从发送端传输至接收端所需要花费的时间。在移动机会网络中, 这个指标的单位通常是分钟或小时。一般情况下, 低延时伴随着高代价。

2.1 机会路由在感知数据时的时效转发

在移动机会网络中, 由于用户选择的网络接入方式、联网时间不同等因素, 造成了移动用户之间以一种“弱”的连接方式存在。在传统的网络联系中, 如果出现了大量的数据采集、传输, 数据的时效转发就出现了一定的问题。这就需要相关的数据技术分析人员在根据移动机会网络中感知数据量大、数据感知连续以及参与节点多的这些特点, 再根据用户的实际情况, 综合考虑所有因素和用户提出的需求, 找出满足既可以满足用户需要求, 又可以感知数据时效性需求的机会转发策略。

2.2 移动机会网络在辅助信息方面的自适应获取

在我国现在的移动机会网络技术中, 移动机会网络中的节点之间需要通过进行多次的分发、交换各类启发式信息这种方式, 才可以帮助提高路由算法的数据传输效率, 从而在此基础上进行数据的转发。但这种方式却引发了这样的一个问题:这种运作方式大大增加了感知设备的通信负担。如果将这种方法大规模的应用在移动机会网络中, 必然会造成通信网络的堵塞, 信息传达十分缓慢, 最终达不到预想的目的。因此, 如何解决机会路由过程中辅助信息需要大量的存储要求与感知设备资源受限之间的矛盾, 是当前机会路由面临的一个重要问题, 需要相关的数据技术人员根据实际情况找出最适合的方法。

3 结语

现在正处在一个网络的时代, 这就为移动机会网络的应用创造了更好的条件。当今我国在这一方面还不是十分的纯熟, 需要借鉴国外的优秀经验, 来弥补我国在这一方面的不足——与国外的优秀团队进行相关的经验技术交流;选派优秀技术人员去国外进行深造;培养优秀的技术人员等等。只有这样才可以更好的使用移动机会网络, 更好地满足人们的需求, 从而创造更多的财富。

参考文献

[1]孙国霞, 肖甫, 王汝传, 等.机会网络中的数据转发机制分析[J].信息化研究, 2014 (3) :56-58.

[2]杜学绘, 王亚弟, 陈性元, 等.一种空间延迟容忍网络中的周期性链路数据转发算法[J].计算机研究与发展, 2013 (4) :33-34.

路由网络篇10

智能电网结合信息技术可以重塑目前的电力系统,使其行之更为有效率,结合先进的控制、信息和管理技术,实现一系列从电力输送到终端用户之间的实时信息交互,故电网中的各个部分都需要进行数据的实时监测以保证电网运行效率。目前,传统的电力系统中通常采用有线通信技术来实现系统组件的监测和诊断。随着网络规模的扩大,有线通信技术(如PLC)会使得电力系统的监测网络部署和维护成本较高,难以满足实际工程成本控制的需要。因此,智能电网亟需部署大量低成本、高效率的无线监测设备以满足电网运行的稳定性和有效性,实现优化电力系统的目的。

在配电网络中,由于覆盖区域大,电网内部用于信息采集的节点数量众多,各节点间布置在楼宇之间,或近或远,如果采用传统的蜂窝网络,其覆盖有限,且会浪费大量资源。无线传感器多跳通信系统利用其良好的扩展性可以广泛应用于智能电网配电网络监控系统中。随着无线网络进一步深入至配电网络系统中,网络可以随时按需加入各种传感器节点终端,实时或周期性采集用电情况并将其反馈至配电网络中心。然而,大量终端监控节点的加入和退出,使得监控中心对于网络的管理更为复杂,如何建立有效的下行数据网络成为摆在智能电网配电监控网络建设面前的实际问题。采用简单固定路由构建的传统网络已经无法满足新兴监控网络应用在带宽和网络服务质量方面的要求,随之而来的是网络延时增加、数据丢失等等问题[1,2]。于是,多路径路由的通信方式被提出,旨在改善现有网络中存在的一些网络资源紧张问题,提高网络的服务质量Qo S。

1 相关工作

在传统的网络通信中,网络中的节点只能存储转发所收的数据包,当不同的数据采集节点到汇聚节点之间的最大流经过的路径可能在网络拓扑的某些链路上形成交叉共享链路,进而影响共享链路之间节点的数据传输率,因此采用传统的存储转发模式一般是不可能达到最大流最小割定理规定的组播信息容量上限的[3,4,5]。应用随机线性网络编码理论被证明在单个源节点向多个目的节点发送数据的情况下,一定能够达到网络组播容量的上限。采用网络编码技术可以有效地提高数据传输速率,实现最大容量通信。

考虑到网络编码在提高网络的吞吐量方面的优点,为了进一步改善配电网络下行监控网络的传输性能,引入了网络编码技术。但是网络编码不是万能的,不是所有的网络组播拓扑都能使用。配电监控网络要结合网络编码技术,在路由选择方面必须满足两个条件:(1)网络中存在冗余的路径;(2)具有相同目的节点的路径之间不能存在共用的路径。

2 基于网络编码的应用层组播路由算法

为了使配电网络下行监控网络的整体性能尽可能逼近网络容量上限,本节提出一种基于网络编码的无线数据传输路由算法,它是面向异构化接入不同类型大量监控终端的路由算法,并且充分考虑因网络编码的构造而采用多路径方法。

由图理论可知,在建立配电网络下行监控网络数据路由路径时,可以将无线下行网络抽象为有向图G(V,E),其中V是监控终端节点集合。监控网络中心控制节点向配电网络中各监控数据采集节点下发不同信息指令时,根据终端系统节点在网络中的功能不同,可以分成中心控制源节点S、中间转发节点N和目的节点T三类。E是节点之间的链路集合,对于每条链路(i,j)都有相应的权值:传输带宽bij和时延dij,其中i,j分别表示链路两端起始和结束节点序号。这里,源节点S完成对指令数据的生成和编码功能,中间节点N实现数据的编码和转发功能,目的节点T除了接收所需的数据分组外,也能够完成中间节点的数据转发功能。

假设整个配电网络下行监控网络中,只有一个中心控制源节点S负责提供数据。希望能借助网络编码的力量,使得建立的信息分发图能尽可能接近最大流传输,建立源节点和目的节点之间的多条通信路径。这里,为每条链路(i,j)定义参数state,当state=0时认为链路(i,j)未被占用,当state=1时认为链路(i,j)被占用,在某个目的节点加入网络的时候,网络中的链路状态均为0。

在建立无线下行监控网络的开始,网络中中心控制源节点S可以向与它邻接的其他网络节点通信,其他网络节点也可以和邻接节点保持通信更新链路状态信息。当一个新的数据采集节点v(v∈T)申请加入监控网络,它首先从与其邻接的节点获取相应的链路状态信息,得到v到各个邻接节点biv和div。节点v按照自己的接入需要,选择能提供自己服务的最大接入带宽的邻接节点作为其父节点(这里可以为节点v提供数据的邻接节点包括与节点v邻接的已经加入通信的目的节点)。节点v的父节点根据自己收到的邻接链路状态信息同样选择与其邻接的可以提供最大带宽的节点作为自己的父节点。如果选定的父节点为监控网络中的源节点S,则完成了建立节点v到源节点S之间数据传输路径,节点v加入了该监控网络。此时,路径p(s,v)上的带宽应该为p(s,v)上所有经过的链路(i,j)((i,j)∈p(s,v))提供的最大带宽的最小值;节点v到源节点的传输延时Dv为路径p(s,v)上各链路延时之和。修改网络状态信息,路径p(s,v)上所有经过的链路(i,j)的状态state全部赋值为1,链路被占用;路径p(s,v)上各链路的可用带宽也要进行更新,即减去p(s,v)所占用的带宽。

如果节点v只有一个与其邻接的网络节点,即节点v的入度为1。那么认为节点v完成了加入下行监控网络的全过程,否则,将在剩余的网络中(state=0的链路中)继续建立新的路径。在建立新的路径时,考虑网络的传输延迟问题,可以在进行链路选择的时候,选择传输时延最小的邻接节点做节点v新路径的父节点。按照前面一条路径建立的方法,同样建立一条新路径p(s,v),并修改网络中各链路的状态信息。如果节点v剩下的入度仍大于0,即还有可用的邻接节点和链路的存在,将继续为节点v建立新的路径,使得节点v可以以逼近最大流的速率接收来自源节点的数据。

通过对数据采集节点的路径延迟值进行衰减(非目的地节点的路径值不作衰减),这样数据采集节点可以吸引其他未加入到路由树的节点通过数据采集节点来加入到路由树,使更多的链路能得到共享,从而优化网络。按照下式对数据采集节点的路径进行衰减

其中,k是与节点v相邻且未加入网络的节点数,λ是调节衰减的参数,λ≥0。

在整个配电网络下行监控系统中,大量存在的监测数据采集节点不停加入退出整个网络,下行控制系统需要及时可靠将中心节点的指令信息传达下去。中心指令信息对于其传达的目的节点不同,数据传输路径可能存在链路的共用,这些共用的链路被定义为“瓶颈链路”。瓶颈链路的存在会影响整个网络吞吐量的大小。将网络编码技术应用在与瓶颈链路相连接的节点上,节点把收到的来自上级节点的数据分组进行有限域内的线性组合,就可以消除瓶颈链路对整个网络的影响,使得每个数据接收的目的节点可以相互共享这个网络资源,避免了不同数据分组之间的竞争碰撞。

以图1(a)所示拓扑为例来说明在具体网络拓扑给定下如何为每一个监控终端节点独立地建立两条与数据中心通信的数据传输链路。图1(a)表示的是控制中心发送指令信息的初始化过程,拓扑图中只有源节点,其他目的节点并未加入网络。如图1(b)所示的两条路径,其中10是申请加入网络。传感器终端节点除了作为数据接收者,同样可以作为中间节点完成对数据的存贮、处理和转发功能。因此,对于新申请加入的节点,它既可以通过共用网络中的其它节点,也可以通过接入与其邻接的中间节点来加入网络。图1(b)给出了节点9和10的两条路径,虚线表示的路径是到节点9,两条粗线表示的是到节点10。对于不同的节点,存在瓶颈链路(S,1)、(6,10),只需在节点S和节点6处进行网络编码即可解决数据碰撞的问题。

3 实验仿真和结果分析

采用Salama的随机链路发生器产生随机网络进行仿真来比较本文提出的算法和其他算法的性能。该网络模型能产生平均节点度为4的随机连通网络。网络节点随机分布在一个矩形区域中,任意2个节点u和v之间是否存在链路由概率函数

确定,其中d(u,v)是(u,v)之间的欧拉距离,L是任意2个节点间的最大距离,选择不同的α,β参数值,使产生的网络更接近于真实网络。较小的α将增大短链路的密度,较大的β将导致较高的链路密度。假设连接两节点链路的吞吐量(kps)与两者间欧拉距离成反比,而传输延迟(s)与两者间欧拉距离成正比。

提出的路由算法是希望建立多条传输路径来使得网络的传输流量逼近图论中的网络最大流。然而在建立多条传输路径后,随之而来的网络延时问题将会被扩大,下面的仿真给出了尽可能多地建立到源节点的路径情况下形成的路由路径与只建立两条路传输路径(即冗余度为2)以及单路径之间的性能比较。

考虑到每一个节点的实际接受数据的处理能力,设置网络中目的节点入度最大值为5。下面分别比较有单路径树,2-冗余路径和多路径的性能,还主要是网络端到端吞吐量和网络延时:

图2和图3主要是通过改变网络的规模来比较路径数量不同对网络性能的影响。在不同的网络规模中,中心节点向各个终端节点进行数据传输,通过图2可以发现通过建立多条路径的方法,网络的端到端的流量大大提高,而网络的延时相比之下也有一定提高(如图4所示)。在传输大量数据的时候,每一个终端节点使用多路径算法找出能逼近最大流的多条路径同时进行传输,结合网络编码技术使得每一个终端节点可以独立享用整个网络资源,从而大大提高了网络的吞吐量。与此同时,对于每一个终端节点而言,其网络延时则是全部路经延时的最大值,而通过仿真可以看到,对于多条路径带来的延时增加相对与网络流量的成倍增加是较小的。

4 结束语

本文讨论了基于网络编码使用冗余链路来提高配电网络下行监控网络端对端吞吐量的算法,并且在Salama随机网络中对该算法进行了性能评价。仿真结果说明了建立多条链路的方法能以较小的网络延迟代价,显著地增强网络的吞吐量,提高网络链路的使用。

摘要：文中讨论了利用网络编码技术和使用冗余链路来提高配电网络下行监控网络端对端吞吐量的算法,并通过仿真结果说明了建立多条链路的方法能以较小的网络延迟代价,显著地增强监控网络下行链路的吞吐量,可以提高网络链路的使用。

关键词：多路径,网络编码,瓶颈链路

参考文献

[1]Banejee S,Bhattacharjee B.A comparative study of application layer Multicastprotocols[EB/OL]∥Submited,available at http://www.cs.wisc.edu/suman/pubs/compare.ps.gz.

[2]Cormen T H,Leiserson C E,Rivest R L,et al.Introduction to Algorithms[M].2nd ed.MIT Press,2001.

[3]Winter P.Steiner problem in networks:a survey[J].Networks,1987,17(1):129-167.

[4]Zhu Y,Li B,Guo J.Multicast with network coding in applicationlayer overlay networks[J].IEEE J.Select.Areas Commun.,Jan.2004,22(1):1-13.

路由网络篇11

设置网络密钥

无线加密协议(WEP)是对无线网络中传输的数据进行加密的一种标准方法。现在大多数的无线设备只具备WEP加密。更为安全的WPA加密还未被广泛使用。

目前。无线路由器或AP的密钥类型一般有两种。例如，所使用的无线路由器便有64位和128位的加密类型，分别输入10个或26个字符串作为加密密码。

在这里要提醒各位，许多无线路由器或AP在出厂时，数据传输加密功能是关闭的，如果你拿来就用而不做进一步设置的话，那么你的无线网络就成为了一个“不设防”的摆设。因此。为你的无线网络进行加密设置是极为重要的。

测试结果：选用了64位加密方式，实测中，通过NetworkStum-bier等软件发现了无线网络的存在，但由于无法获取密码，不能使用该无线网络。

禁用SSID广播

通俗地说，SSID便是你给自己的无线网络所取的名字。需要注意的是，同一生产商推出的无线路由器或AP都使用了相同的SSID，一旦那些企图非法连接的攻击者利用通用的初始化字符串来连接无线网络，就极易建立起一条非法的连接，从而给我们的无线网络带来威胁。因此，建议你最好能够将SSID命名为一些较有个性的名字。

无线路由器一般都会提供“允许SSID广播”功能。如果你不想让自己的无线网络被别人通过SSID名称搜索到，那么最好。禁止SSID广播”。你的无线网络仍然可以使用，只是不会出现在其他人所搜索到的可用网络列表中。

小提示：通过禁止SSID广播设置后，无线网络的效率会受到一定的影响，但以此换取安全性的提高，认为还是值得的。

测试结果：由于没有进行SSID广播，该无线网络被无线网卡忽略了。尤其是在使用Windows XP管理无线网络时，达到了“掩人耳目”的目的。

禁用DHCP

DHCP功能可在无线局域网内自动为每台电脑分配IP地址，不需要用户设置IP地址、子网掩码以及其他所需要的TCP/IP参数。如果启用了DHCP功能，那么别人就能很容易地使用你的无线网络。因此。禁用DHCP功能对无线网络而言很有必要。

在无线路由器的“DHCP服务器”设置项下将DHCP服务器设定为“不启用”即可。

测试结果：由于无法获得IP地址和DNS服务器信息。即使能找到该无线网络信号，仍然不能使用网络。

启用MAC地址、IP地址过滤

在无线路由器的设置项中，启用MAC地址过滤功能时，要注意的是，在“过滤规则”中一定要选择“仅允许已设MAC地址列表中已生效的MAC地址访问无线网络”这类的选项。

另外，如果在无线局域网中禁用了DHCP功能，那么建议你为每台使用无线服务的电脑都设置一个固定的IP地址，然后将这些IP地址都输入lP地址允许列表中。启用了无线路由器的IP地址过滤功能后，只有IP地址在列表中的用户才能正常访问网络，其他人只能干瞪眼了。

测试结果：MAC地址过滤和IP地址过滤设置好后，即使有人勉强入侵了无线网络。但由于MAC地址和IP地址被无线路由器的过滤功能禁止掉了，因此无线网络仍然无法使用。

LEO卫星网络路由协议研究篇12

随着互联网的广泛应用以及卫星技术的快速发展, 卫星网络将逐渐成为下一代互联网重要的组成部分。目前通信卫星按其轨道高度, 大体上分为3类:地球同步卫星 (Geostationary Earth Orbit satellite, GEO) 、中轨卫星 (Medium Earth Orbit Satellites, MEO) 和低轨卫星 (Low Earth Orbit Satellites, LEO) 。

静止地球轨道卫星GEO具有相对地面静止和覆盖面积广的优点, 但是用户终端功耗大、频率资源利用低和卫星与地面终端之间的星地链路延迟大, 不适合提供实时的多媒体数据传输。LEO卫星的轨道与GEO的相比轨道较低、卫星与地面节点之间的星地链路具有与地面上链路可比的传输延迟、用户终端实现简单而且功耗低、频率能够高效复用和链路具有高带宽, 如果卫星之间具有星际链路 (Inter-Satellite Link, ISL) , 卫星之间的通信可以不需要依赖陆地上的网络资源, 因此, 能够提供宽带通信业务的LEO卫星网络目前成为卫星通信网络的研究热点之一[1~3]。

本文对LEO卫星网络系统中路由技术的研究进行了介绍, 第1节介绍了LEO卫星网络的拓扑结构特点;第2节介绍了LEO极轨道卫星网络模型, 提出了LEO卫星网络路由机制的分类方式;第3节着重阐述了LEO卫星网络各种路由协议的主要思想;第4节介绍了LEO卫星网络路由协议的未来研究方向;最后是结束语。

1 LEO卫星网络的拓扑结构特点

1.1 相关概念

LEO卫星系统通常包括多个轨道平面, 每个轨道平面上运行多个卫星。卫星的轨道高度在500~2 000km之间, 典型的运行速度大约为20 000km/h, 绕地球一周不超过2h。按轨道是否通过极地可以将LEO卫星系统分为极地轨道星座和非极地轨道星座, 极地轨道星座的卫星轨道平面都通过南北极地区域。目前主要有Iridium, Teledesic和Globalstar三大LEO卫星系统。

在LEO卫星网络中, 卫星之间存在星际链路, 目前每颗卫星最多有4~8条到附近卫星的星际链路。星际链路是高带宽的高频或光链路, 主要分为轨道内星际链路 (Intraplane ISL) 、轨道间星际链路 (Interplane ISL) 和反向缝链路 (Crossseam ISL) 。轨道内星际链路是卫星与同一个轨道上最近2颗或4颗卫星间的链路, 在卫星运行过程中保持不变。轨道间星际链路是卫星与邻近轨道上卫星间的链路。轨道间星际链路在卫星运行过程中是动态可变的, 主要原因是: (1) 在不同的纬度, 卫星轨道间的距离是不同的; (2) 在极地区域, 卫星快速交叉运行, 卫星上天线系统不能快速跟踪卫星的交叉位置, 轨道间链路需要经过断开再连接的过程。在极地星座中, 存在南北反向运转的相邻两个卫星轨道平面, 这两个反向运行轨道上卫星间的链路称为反向缝链路。大部分路由协议中, 假设反相逢链路是不存在的。

1.2 LEO卫星网络路由机制要求

L E O星座复杂的拓扑结构使其无法直接使用地面网络的路由协议, 一种有效的卫星网路由技术应该具有以下性质[4]。

(1) 网络拓扑的动态变化的适应性

这是卫星网的路由技术应具有的基本性质。路由技术还应采取适当措施避免可能出现的路由环, 或者在出现路由环时能够及时、有效地消除路由环带来的不利影响。

(2) 抗毁性

当两次路由更新间隔之间出现卫星节点失效或者链路故障时, 路由技术应能够有效避免由此引起的数据丢失, 这对于空间攻防对抗来说尤为重要。

(3) 高效性

路由技术或者协议应尽量降低实施的复杂性, 以较小的开销获得较大的传输成功率或者系统吞吐量。

(4) 网络流量变化的适应性

路由技术应能采取措施支持流量负载均衡以避免网络出现链路拥塞或节点拥塞, 或者在出现拥塞时及时、有效地消除拥塞带来的影响。

除此之外, 卫星网的组网结构也直接影响着路由技术的有效性, 因此, 在考虑路由技术的上述性质时, 还应考虑技术的通用性。

2 LEO极轨道卫星网络模型及分类

2.1 动态拓扑结构及数学模型

2.2 LEO卫星网络特性

针对星座路由设计的影响, 本文将LEO星座特性分为拓扑结构、切换、处理能力3类进行分析, 如图2。

(1) LEO卫星星座的拓扑特性主要是由LEO卫星在轨道上高速运动引起的, 这增加了路由设计难度。但星座中卫星分布的均匀性和对称性, 使得拓扑变化存在一定的周期性和可预测性, 又为星座路由设计提供了有利条件, 带来了新的研究方向。

(2) LEO卫星星座的切换特性是路由协议中的热点研究问题。当发生切换时, 由于卫星进入或退出正在通信的路径, 需要立刻重选路径。路径重选主要有完全重选、部分重选和组播重选三种基本方法, 或者根据卫星上天线系统的不同控制机制分为异步切换和同步切换两种方式。

(3) 星上处理能力局限性是卫星网络自身的一个缺陷, 由于全球业务日益增多, 业务种类的多样性, 对服务质量 (Qo S) 的要求也随之增高。如何合理地设计卫星路由, 尽可能地减少网络拥塞和提高网络资源利用率是这一类路由协议需要解决的难题。

3 LEO网络路由协议分析和比较

按照上述三种分类, 文中将分别介绍各类LEO卫星网络路由协议中的典型协议, 详细分析和讨论各自的性能参数、所解决的问题、系统结构以及存在的缺陷等。

3.1星座拓扑路由协议

3.1.1静态性路由

静态性路由机制就是根据LEO卫星网运行的周期性特点, 把卫星网系统周期划分为一系列的时间片段。在每个时间片段内, 卫星网的拓扑是固定不变的。时间片段的选取如果足够小, 则可以认为该时间段中的ISL链路代价是固定值。卫星网拓扑的变化只可能发生在时间片之间的切换点上, 这样就可以采用已有成熟的方法如Dijkstra最短路径协议找到最优路径以及备选路径。静态性路由机制能够用大量存储需求换取在线计算复杂度的降低。

1997年Werner提出了一种基于ATM机制的面向连接服务的动态虚拟拓扑路由协议 (Discrete Time Dynamic Virtual Topolopy Routing, DT-DVTR) [6]。算法的优化目标是减少由于拓扑在不同时间片间切换为引起的VP路径切换次数。协议将卫星网的路由计算转化为N个静态虚拟拓扑下的VP (Virtual Path) 路由计算问题, 利用拓扑变化的周期特性划分时间间隔, 将动态路由转变为一系列静态路由, 有效地简化了路由协议复杂度, 降低了通信开销。但是DT-DVTR协议没有能够有效解决链路切换或连接切换引起的重路由问题, 而且每颗卫星需要存放各个离散间隔内的大量路由信息, 对星载存储能力提出了较高的要求。

FSA (Finite State Automaton) [7]卫星网络路由协议同样把星座周期分割为有限个时间片, 每个时间片对应的网络拓扑看作一个“状态”。将卫星网络的动态拓扑结构模型看作为一个有限状态自动机, 卫星网络的路由问题转化为在有限状态自动机中对固定网络拓扑进行链路分配最优化的问题。它的优化目标为:

其中, i、j为卫星节点;C是链路容量;fij为在链路 (i, j) 上的运行流量。该优化目标主要考虑的是全局优化, 减小全局网络负担, 增大剩余容量。

FSA协议的优势在于对网络资源的最优化使用, 它的缺点在于: (1) 选择路径标准不是路由最短原则; (2) 动态链路分配技术对于LEO卫星网络实现难度过高; (3) 路由算法的计算复杂度过高。

Gounder提出了一种基于快照序列的路由算法[8], 算法中定义卫星网络的一个“快照”为卫星系统在某一特定时刻的网络拓扑。每当增加一个新的ISL或者断开一个已有的ISL时, 认为形成了一个新的快照。这样, 卫星的动态拓扑结构可以表示为一系列拓扑结构快照的循环, 循环周期就是卫星系统周期。

快照序列路由使用简单标记交换, 路由表项的机构为:

<入口链表, 入口标签, 出口链路, 出口标签>

卫星节点收到数据分组时, 根据分组的标签和入口链路号查找路由表, 如果链路通信量正常, 那么选择最短路径。如果下一个节点出现故障或ISL拥塞, 则选择另一个合适的备选路径。但由于相邻快照间的变化很小, 快照的数量非常多, 快照的存储是一个问题。

3.1.2动态性路由

3.2 卫星同步和异步切换的路由

根据卫星上天线系统的不同控制机制, 卫星切换又可分为异步切换和同步切换两种方式。

(1) 同步切换路由协议

同步切换路由协议模型最早应用在Teledesic星座系统中。在此基础上, 研究者们继而提出了虚拟节点 (VNs) 模型。卫星下方所在的地面区域进行逻辑地址编号, 并将其值作为该卫星的地址。当卫星要离开所在区域进入下一个区域时, 星上路由信息会通过地面服务器移交给下一个通过该区域的卫星节点, 卫星网络上的路由协议就可以承载在一个拓扑固定的虚拟网络上。分布式数据报路由协议 (DRA) [11]采用VNs模型, 隐藏卫星网络的动态特性, 通过各卫星节点独立计算出下一跳, 获得最小延迟路由。但该协议缺乏对全局负载的考虑, 增加整个网络路由状态的不稳定性, 同时也缺乏考虑单个节点失效时的补救方法。近年来, 同步切换协议以及VNs模型已经被越来越多的研究者采纳。同时, 针对这类协议的不足之处, 研究者也给予了修正。例如, VNs模型只考虑了虚拟节点和服务卫星一对一的情况, 但实际中会出现多颗卫星共同服务一个覆盖区域的情况, 如果依旧使用一对一的VNs旧模型, 则可能导致路由失效和通信中断。因此提出了一种多状态的虚拟网络 (MSVN) 模型, 不仅解决了一对一模型的局限性, 也为Earth-fixed卫星模型系统设计了一种新的切换机制, 同时适用于新, 旧两类虚拟节点模型。

(2) 异步切换路由协议

异步切换路由协议的核心是优化切换引起的信道资源分配问题, 减少切换对路由选择的影响。当地面终端进入覆盖重叠区域, 首先判断是否有可用信道, 如果有则接入请求;如果没有则将请求放入队列中。这种协议称为切换排队协议 (HQ) 。在设计切换方法时, 让系统保留一部分信道用于切换请求, 称为守护信道切换 (HG) 。当繁忙信道数量达到给定阈值, 卫星就只处理切换请求而不再接受新请求。协议中阈值的选取是平衡系统资源和服务质量的关键。切换保证 (GH) 路由协议分析了星座的运动特性以及卫星各个波束对地面终端的服务时间, 引入终端进入和离开某个波束的两个时间阈值。协议中不仅在当前卫星预留信道, 同时在将要使用卫星中预留信道。这种设计提高了通信服务质量, 但是协议中一旦信道预留失败, 通话将一定时间内被中断, 这是通信中最糟糕的情况。

3.3 面向负载的路由协议

(1) 负载均衡路由协议

由于业务分部的不平均, 比如城市与农村, 北极与南极, 导致不同区域上空的卫星利用率存在很大差距。因此, 面向负载的路由协议应运而生。Explicit Load Balancing (ELB) 协议[12]的核心思想是服务卫星能够在掌握下一跳链路负载的情况下选择路由。协议通过拥塞卫星发送信令的方式, 通知相邻卫星降低发送速率, 或尽可能地选择其它路径, 用以降低网络阻塞率。但是ELB协议只是针对拥塞节点相对较少的情况, 当出现较多拥塞的情况, 该协议可能失效。基于优先权的自适应路由协议 (Priority-based Adaptive Routing, PAR) [13]是在拥塞发生前尽量减少拥塞的路由协议, 起到合理分配网络负载的作用。该协议利用链路前一时刻的状态参数 (例如排队长度、等待时间等) 决定下一跳方向, 是一种适用于动态业务分布的最小跳协议。通过仿真实验发现, PAR协议和其它最小跳协议相比不仅有较高的系统吞吐率, 而且时延也较低。从研究的内容和目标来看, 基于负载均衡的协议势必将是下一步研究的重要方向之一, 很多问题还有待进一步攻破。

(2) 考虑Qo S的路由

A.Jukan提出了一种基于Qo S的分布式路由协议[14], 源节点通过泛洪方式向目的节点发送连接请求。每个中间节点不断更新Qo S参数, 当包达到目的节点, 根据路径上各节点参数, 删除不符合Qo S要求的链路, 最后在满足条件的路径中选择跳数最小或者链路生命期最长的路径作为路由。Kandus提出了一种面向业务的路由协议 (TCD) , 试图满足不同的业务的Qo S要求。协议将业务分为三类:实时业务、保证吞吐率的业务和尽力而为业务。卫星节点分配三个相互独立的输出队列服务于不同的业务, 分别采用不同的路由策略, 分别对应不同的Qo S保证。该协议的不足在于可能分配一条单一路径给一项大数量的业务, 造成路径超负载, 从而造成整个网络的业务不均衡。

4 未来的研究方向

通过研究, 发现LEO卫星网络路由研究中仍然面临许多挑战, 亟待进一步研究[15]:

(1) 性能和开销这对矛盾仍然是卫星路由协议面临的难题。因为星间链路容量有限, 为此需要对现有的各种LEO卫星路由协议进行全面的、定量的研究, 以便在性能和开销之间寻找到最佳平衡点, 尽可能地减小星间链路负载。

(2) 提供Qo S保证成为下一代卫星通信系统中不可忽视的重点。目前很多协议缺乏对Qo S的研究或者研究不深入, 例如, 如何在降低通信时延的同时满足时延抖动的要求、如何在多条路径拥塞情况下保持通信等等, 都需要进一步探讨。

(3) 网络负载均衡。由于卫星自身的局限性和全球业务不均, 使得合理利用卫星网络资源越来越受到研究者的关注。结合动态业务建立自适应的卫星路由模型, 合理规划和分配网络资源, 以达到优化全局网络性能的效果, 这类路由协议将毋庸置疑地成为卫星网络路由协议发展的关键。

5 结束语

【路由网络】推荐阅读：

机会网络路由07-09